И.В. Денисов, Я.А. Ларин, Д.Н. Пискун, А.В. Кипер
Постановка проблемы. Распределенные волоконно-оптические измерительные сети (РВОИС), основанные на межмодовых эффектах в волоконных световодах (ВС), дают наилучшие результаты при регистрации физических полей, распределенных на больших площадях, особенно при регистрации разности фаз между оптическими волнами, имеющими малую длину волны. Для фазовой демодуляции света в волоконно-оптических фазово-амплитудных фильтрах (ВОФАФ) контролируемое физическое поле должно приводить к изменению длины ВС. Непосредственное воздействие на РВОИС с ВОФАФ оказывает только деформационное физическое поле, а все остальные поля, возникающие на контролируемых поверхностях, могут оказывать воздействие на протяженные чувствительные элементы (ПЧЭ) только опосредованно через изменение длины ВС с помощью преобразователей тех или иных физических величин. Это обуславливает очень высокую чувствительность РВОИС к малейшему внешнему воздействию на ВС, приводящему к изменению разности фаз. Кроме того, РВОИС на основе межмодовой интерференции, в отличие от других схем, помимо излучателей и фотоприемников обладают достаточно простой и надежной конструкцией линейной части, состоящей из набора ПЧЭ, сконфигурированных под контролируемую поверхность.
Цель. Предложить и обосновать конфигурацию ПЧЭ на основе ВОФАФ с точки зрения оптимальности параметров составляющих компонентов для решения задачи мониторинга пространственно-распределенных физических полей.
Результаты. Выполнен анализ составляющих экспериментальной установки по изучению ПЧЭ, построенных на основе ВОФАФ маломодовых ВС. Представлена схема экспериментальной установки. Обоснованы требования, предъявляемые к электрическим и волоконно-оптическим компонентам экспериментальной установки. Рассмотрены особенности, принцип действия и требования к частям таких фильтров. Приведен расчет результирующей мощности оптического излучения для ПЧЭ на основе двухмодового ВС. Показаны перспективы применения ВОФАФ для построения ПЧЭ в составе РВОИС. Доказано, что наиболее критичным элементом оптимальной конфигурации такого ПЧЭ является лазерный диод. Рассмотрены наиболее целесообразные комбинации типов ВОФАФ для построения ПЧЭ.
Практическая значимость. Представленный перспективный ПЧЭ на основе ВОФАФ теоретически обладает высокой фазово-амплитудной чувствительностью, изменяемым пространственным разрешением РВОИС, построен на доступном оборудовании и, соответственно, имеет низкую удельную стоимость единицы контролируемой площади. Вид укладки ВС может быть разным, в зависимости от решаемой задачи. Адаптация наиболее перспективных способов построения РВОИС под рассматриваемые типы ПЧЭ и градиентные ВС является предметом дальнейших исследований.
Денисов И.В., Ларин Я.А., Пискун Д.Н., Кипер А.В. Обоснование оптимальной конфигурации волоконно-оптического фазово-амплитудного протяженного чувствительного элемента // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 2. С. 53−59. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202302-08
- Бусурин В.И., Семенов А.С., Удалов Н.П. Оптические и волоконно-оптические датчики // Квантовая электроника. 1985. Т. 12. № 5.
- Кульчин Ю.Н. Распределенные волоконно-оптические измерительные системы. М.: Физматлит. 2001.
- Denisov I., Rybalchenko N., Sedov V. Fiber-optical phase sensitive surface // Laser Sensing, Imaging, and Information Technologies. Proc. SPIE, 2006. V. 6162.
- Денисов И.В., Крюков И.Н., Кипер А.В. Применение волоконно-оптических измерительных сетей мониторинга протяженных деформационных полей при построении территориально распределенных систем охраны // Радиотехника. 2017. № 1. С. 5-11.
- Денисов И.В., Пискун Д.Н., Седова Н.А., Седов В.А. Неравномерная схема укладки волоконно-оптических линий для томографического мониторинга морских конструкций // Морские интеллектуальные технологии. 2021. № 4-3 (54).